高校IPv6 校园网的部署与配置

0引 言
1969 年美国国防部为适应核战争的通信需要建立了 ARPANET 实验网，1973 年开发出基于 TCP/IP 协议的 IPv4 原型， 其后经 3 次修订，于 1981 年 9 月 IETF 公布了 IPv4 标准规范 RFC791 文件。IPv4 取得了巨大的成功，目前 IPv4 网络有着广 泛的应用。但是早在 1990 年 TCP/IP 专家们就已察觉出 IPv4 潜伏着巨大危机，其中突出危机就是地址的枯竭问题。随着 移动和宽带技术的发展，IP 地址的需求极剧加大。例如，大量 终端的 IP 接入需要更多的 IP 地址，面对下一代网络对 IP 地 址的巨大需求，IPv4 显然无法满足。除了 IP 地址问题，IPv4 还 存在着路由表庞大、QoS 和移动等一系列问题。
IPv4 孤岛
IPv6 Internet
IPv6 孤岛
IPv6 孤岛
IPv4 Internet
IPv4 IPv6 孤岛 Internet
协议转换 IPv6 Internet
IPv4 孤岛
IPv6 孤岛
IPv6 孤岛
图 1 IPv6 的一般演进过程
2.1 IPv6 发展初级阶段 该阶段，IPv4 仍然占有主导地位，IPv6 网络是一些孤岛，
路由器和传送主机均支持数据片段
路由器不支持数据片段。仅传送主机支持数据片段
包头包括检查值
包头不包括检查值
包头包括选项
所有选项数据均移到 IPv6 扩充包头中
地址解析通讯协议(ARP)使用广播 ARP Request 讯框， 将 IPv4 地址解析为连结层地址
用多点传播 Neighbor Solicitation 消息取代 ARP Request
IPv4
IPv6
来源位址和目的位址长度都为 32 位(4 字节)
来源位址和目的位址长度都为 128 位(16 字节)
IPSec 支持是选择性的
IPSec 支持是必需的
在 IPv4 包头中，路由器不识别用于 QoS 处理的 payload
在 IPv6 包头中，路由器使用 Flow Label 字段识别用于 QoS 处理的 pay的所有节点
没有 IPv6 广播地址。而是使用连结-本机领域所有节点多点传播地址
必须手动配置或使用 DHCP 配置
不需要手动配置或 DHCP
使用网络域名称系统(DNS)中的主机地址(A)资源记录， 将主机名称对应到 IPv4 地址
使用网络域名称系统(DNS)中的主机地址(AAAA)资源记录，将主机名称对应到 IPv6 地址
IPv6 终将取代 IPv4，这是不争的事实。但是必须在 IPv4 地址枯竭前逐步引进 IPv6，经过 IPv6 与 IPv4 的共存时代，最 终全面过渡到 IPv6。
1 IPv6 校园网的现状
2004 年 12 月 25 日，在中国下一代互联网示范工程 CNGI 核心网 CERNET2 开通仪式上，国家发展与改革委员会、教育
绝大部分应用仍基于 IPv4。此时，大量采用隧道技术将各 IPv6 孤岛互联。 2.2 IPv6 与 IPv4 共存阶段
IPv6 得到大规模应用，出现骨干 IPv6 网络，IPv6 上引入大 量业务。可以进行贯穿 Internet 的纯 IPv6 通信，充分利用 IPv6 的优势，如 QoS 保证。此时，仍将有大量 IPv4 业务存在，因此 IPv6 over IPv4 隧道技术仍然需要，同时还需要 IPv4 over IPv6 隧道技术或者协议转换技术。目前，CERNET2 的建成、开通， 已经极大的推动我国进入了 IPv6 与 IPv4 网络共存阶段。目 前很多高校包括清华，北大、上海交大等著名高校都已建成了 比较成熟的校园 IPv6 试验节点网或者实验室。 2.3 IPv6 占主导地位阶段
使用 Internet 群组管理通讯协议(IGMP)管理本机子网络群组成员身份
用 Multicast Listener Discovery(MLD)消息取代 IGMP
使用 ICMP Router Discovery 确定具有最佳预设网关的 IPv4 地址(选择性)
用 ICMPv6 Router Solicitation 和 Router Advertisement 消息取代 ICMPv4 Router Discovery， 这是必需的
第 28 卷 第 13 期 Vol. 28 No. 13
计算机工程与设计
Computer Engineering and Design
2007 年 7 月 July 2007
高校 IPv6 校园网的部署与配置
张五红， 王 宇
(清华大学，北京 100084)
摘 要：IPv6 是下一代互联网采用的核心协议，现行的 IPv4 向 IPv6 过渡势在必行。高校走在 IPv6 网络研究、应用的前沿，通 过分析 IPv4 向 IPv6 过渡的必然性，结合高校校园网络 IPv6 的现状和演变过程，提出 IPv6 校园网的部署的几种方式，并提供 了具体的 Windows 下的 Ipv6 配置应用技术方案。 关键词：互联网协议版本 6; 下一代互联网; 校园网; 隧道技术; 部署; 配置 中图法分类号：TP393.18 文献标识码：A 文章编号：1000-7024 (2007) 13-3106-05
IPv6 与 IPv4 是两种完全不同的网络协议。具有全新包头 格式、超大地址空间、内置安全性(IPsec)、更好的 QoS 支持、相 邻节点连接的新通讯协议、具有可扩充性等特点。其中，最值 得关注的是 IPv6 的超大地址空间、更好的 QoS 支持和内置的 安全性。表 2 为 IPv6 和 IPv4 的具体差别。
使用 IN-ADDR.ARPA DNS 网域中的指标(PTR)资源记录， 将 IPv4 地址对应到主机名称
使用 IPv6.INT DNS 网域中的指标(PTR)资源记录，将 IPv6 地址对应到主机名称
部等 8 部委联合宣布，中国第一个下一代互联网，中国下一代 互联网示范工程(CNGI)核心网 CERNET2 主干网正式开通，这 标志着世界上规模最大的纯 IPv6 互联网在我国建成，IPv6 的 概念在中国开始变得炙手可热。CNGI 是中国下一代互联网 示范工程的缩写。CNGI 是在 2003 年由包括信息产业部、国 家科技部、国家发改委、教育部、中国工程院、中国科学院、国 家自然基金会、国务院信息化办公室在内的 8 个部委联合发 起并经国务院批准启动的，计划在几年内建成一个覆盖全国 的 IPv6 网。CERNET2 是 CNGI 中最大的一个骨干网，也是惟 一的学术性主干网。按照 CNGI 项目规划，CERNET2 将接入 100 所以上的著名高校，开展科研应用和大规模 IPv6 网络建 设和部署实施的探索。
目前，中国教育和科研计算机网(CERNET)、Microsoft、诺基 亚、中国电信等一批高校都已建立或加入了IPv6 试验床。Microsoft、IBM 等世界软件巨头都已在自己的产品中加入了 IPv6 支 持并且与 6bone(IPv6 research and education networks，IPv6 研究和 教育网)建立了合作备忘录。IPv4 的淘汰是信息时代发展的必 然结果，本着与时俱进、开拓创新的原则，CERNET 在IPv6 的研 究和部署上都已有了可喜的成绩和发展。目前，CERNET 正在 高校计算机网络中大量部署 IPv6。综合来看，目前高校 IPv6 校 园网络应用具有如下几个特点：①IPv6 技术本身还不成熟，还 在发展、还涉及很多实际部署和应用的问题，这方面高校有着 自己的优势；②Cernet2 将成为真正意义上的“中国教育与科研 计算机网”，作为下一代网络的研究示范平台，供各高校接入， 以便有效开展IPv6 的技术和应用的研究之用；③目前很多高校 已经或开始建设校园内的 IPv6 网络 (局部) 或者 IPv6 的城域网 (覆 盖 城 域 范 围 内 的 若 干 高 校)，这 些 IPv6 网 络 都 将 接 入 Cernet2；④211 高校或者有重点学科的大院校，最终都要接入 Cernet2，目前已掀起建设局部IPv6 网/ IPv6 网络实验室的热潮。
IPv4 的几个先天不足之处如表 1 所示示例。由于目前的 IPv4 地址空间非常紧张，预计全球 IPv4 地址将在 2010 左右年
表 1 IPv4 的不足之处
IPv4 的先 天不足
地址危机 移动性支持不够
路由表的膨胀 安全问题 配置复杂
Qos 和性能问题 无端到端的业务模式
耗尽，IPv4 显然已经不能适应未来信息时代的需要。已在北 美使用了 20 余年的 IPv4 将提前进入全面向 IPv6 过渡时期。 因此 IETF 于 1995 开始开发 IPv6。IPv6 是 Internet Protocol Version 6 的缩写，是下一代 Internet 的核心协议。IPv6 是 IETF 设 计的用于替代现行 IPv4 协议的下一代 IP 协议。IPv6 最本质 的改进是几乎无限的地址空间 (地址长度由 32 位增加到 128 位)，同时除了一些 IPv4 的传统应用如电子邮件、Web、客户端/ 服务器应用之外，IPv6 更加适用于相对较新的应用，如端到端 应用、非 PC 网络、传感器网络、建筑自动化和汽车互联等，可 以说 IPv6 使网络无所不在。
Cernet2 主干网采用纯 IPv6 协议，但是各大高校的校园网 建设基本上还是遵照 IPv4 协议，Cernet2 从试验走向运营的第 一道坎就是高校网络的 IPv4 到 IPv6 的过渡问题。因此，高校
如何分布部署 IPv6 将成为大家始终非常关注的一个课题。
2 IPv6 的一般演进过程
根据以往网络的发展过程和趋势，结合IPv6 的特点，IPv6 的 发展演进过程可大致分为 3 个过程，具体过程示意如图 1 所示。
Deployment and configuration of IPv6 campus network in colleges and universities
ZHANG Wu-hong, WANG Yu
(Tsinghua University, Beijing 100084, China)
Abstract：IPv6 is the core protocol used in next generation Internet. It's imperative for the existing IPv4 to transit to IPv6. The universities are the leading force of the research and application of IPv6 network. The inevitability of the transition from IPv4 to IPv6 is analysed and several methods of deploying the IPv6 campus network based on the status quo of IPv6 network and the process of transition. A concrete application technology solution is provided to IPv6 configuration in Windows. Key words：internet protocol version 6 (IPv6); next generation internet; campus network; tunnel technology; deployment; construction
收稿日期：2006-07-12 E-mail：thmc@ 作者简介：张五红 (1973－)，男，山西长治人，硕士研究生，研究方向为 IPv6 校园网络和网络安全； 王宇 (1969－)，男，北京人，讲师，研 究方向为计算机网络技术及其应用。
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表 2 IPv6 和 IPv4 的差别